别构机制的模式(一)

一、维生素B复合体

维生素B复合体是一个大家族(维生素B族),至少包括十余种维生素。其共同特点是:①在自然界常共同存在,最丰富的来源是酵母和肝脏;②从低等的微生物到高等动物和人类都需要它们作为营养要素;③同其他维生素比较,B族维生素作为酶的辅基而发挥其调节物质代谢作用,了解得更为清楚;④从化学结构上看,除个别例外,大都含氮;⑤从性质上看此类维生素大多易溶于水,对酸稳定,易被碱破坏。

除上述共性外,各个维生素尚有其特点,为了叙述方便,现将B族中各个维生素按其化学特点和生理作用归纳为以下三组。

(一)硫胺素、硫辛酸、生物素及泛酸

硫胺素(即维生素B1)因其结构中有含S的噻唑环与含氨基的嘧啶环故名,其纯品大多以盐酸盐或硫酸盐的形式存在。盐酸硫胺素为白色结晶,有特殊香味,在水中溶解度较大,在碱性溶液中加热极易分解破坏,而在酸性溶液中虽加热到120℃也不被破坏。氧化剂及还原剂均可使其失去作用,硫胺素经氧化后转变为脱氢硫胺素(又称硫色素thiochrome),它在紫外光下呈兰色荧光,可以利用此特性来检测生物组织中的维生素B1或

维生素B1易被小肠吸收,在肝脏中维生素B1被磷酸化成为焦磷酸硫胺素(TPP,又称辅羧酶),它是体内催化a-酮酸氧化脱羧的辅酶,也是磷酸戊糖循环中转酮基酶的辅酶(参看糖代谢)。当维生素B1缺乏时,由于TPP合成不足,丙酮酸的氧化脱羧发生障碍,导致糖的氧化利用受阻。在正常情况下,神经组织的能量来源主要靠糖的氧化供给,所以维生素B1缺乏首先影响神经组织的能量供应,并伴有丙酮酸及乳酸等在神经组织中的堆积,出现手足麻木、四肢无力等多发性周围神经炎的症状。严重者引起心跳加快、心脏扩大和心力衰竭,临床上称为脚气病(beriberi),因此又称维生素B1为抗脚气病维生素。

维生素B1尚有抑制胆碱酯酶(choline esterase)的作用,胆碱酯酶能催化神经递质-乙酰胆碱(acetylcholine)水解,而乙酰胆碱与神经传导有关。因此,缺乏维生素B1时,由于胆碱酯酶活性增强,乙酰胆碱水解加速,使神经传导受到影响,可造成胃肠蠕动缓慢、消化液分泌减少、食欲不振和消化不良等症状。反之,给以维生素B1,则可增加食欲、促进消化。

为了解释别构酶协同效应的机制并推导出动力学曲线的方程式,不少人曾提出过各种模式,各有优缺点,现在主要把Hill模式叙述如下:

Hill模式

在协同结合模式中最早的一种是Hill在1909年提出的,企图解释氧结合至血红蛋白的S形饱和曲线,现称为Hill模式,后来经Atkinson应用于别构酶反应,他设想在这个系统中,n分子的配体(S)能够一步结合到酶上去:

即此反应的总解离常数(K's)由下式决定

K'S=[E][S]n/[ESS](6-7)

而酶的饱和分数

YS=每分子酶蛋白上已结合的底物分子数/每分子酶蛋白上底物结合位点的总数(6-8)

又因总的酶浓度[E0]=[E]+[ES0]

故 YS=[ESn]/[E0]=[ESn]/[ESn]+[E](6-9)

合并式6-7和式6-9,消去[ESn],则

YS=[S]n/K'S+[S]n(6-10)

YSK'S+YS[S]n=[S]n,

YSK'S=(1-Y)[S]n(6-11)

Ys/1-Ys=[S]n/K'S(6-11)

log[YS/(1-YS)]=nlog[S]-logK'S(6-13)

因此以

对log[S]作图的话,可得斜率为n,纵轴截距为-logK'S的直线(见下图)。

因v=k0[ESu],Vm=k0[E0],故

=[ESu]/[E0]=v/vω(6-14)

将式6-10代入式6-14,即得

[S]n/K'S+[S]n=v/Vm

Vm[S]n=K'Sv+v[S]n(6-15)

(Vm-v)[S]n=K'Sv(6-16)

v/Vm-v=[S]n/K'S(6-17)

logv/Vm-v=nlog[S]-logK'S(6-18)

式6-13或6-18即为Hill方程式,式6-18如以logv/Vm-v对log[S]作图,也可得一直线(见下图)。

Hill作图法

如v=Vm/2时,式6-19为log1=nlog[S]-logK'S=0(6-19)

此时的[S]即S0.5,故nlogS0.5=logK'5(6-20)式6-18所得的直线斜率为n,纵轴截距为-logk'S,而横轴截距为logK'S/n,即log[S]0.5,但[S0.5]也可在已知logK'S后通过式6?0求取。

上节已述及,S0-5就相当于米曼氏动力学中的Km,当K0《k-1/k1时,可反映别构酶对底物的亲和力,S0.5愈小,亲和力愈大,而K's实际上已与亲和力关系不大,因受到n的影响。故反映底物亲和力的参数,已从非别构酶的Km一项移到别构酶的[S]一项,并且式6?0可看出K'S是随[S]而改变的,不是一个常数。由于K'S的测定是假设V=(1/2)Vm或[S]=S0.5的条件下计算的,故有些作者用S0.5S,来代表别构酶的K'5,以免与Km混淆。